聚芳醚基锂离子电池隔膜的制备与性能研究

发布时间：2017-08-12 15:30

  本文关键词：聚芳醚基锂离子电池隔膜的制备与性能研究

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【摘要】：由于具有高的能量密度和高的输出功率，反复充放电，并且无记忆效应等特点，锂离子电池已经成为人们生活中理想的可移动储能设备和动力来源。隔膜是锂离子电池中的重要组成部分，置于阴阳两极之间，它的主要功能是防止阴阳两极发生物理接触导致短路，并且可以使锂离子在两电极间自由的穿梭。因此必须要求隔膜材料符合以下要求：无限大的电阻率，优异的热稳定性和机械性能，良好的耐溶剂性和电解液润湿性。商品化的隔膜材料是聚烯烃类及其复合材料，虽然他们具有良好的机械性能和化学稳定性，但是由于聚烯烃隔膜的孔隙率低，以及因其结晶性导致亲水性较差。特别是其熔点低，热稳定性差等缺点，严重影响了电池的安全性能和应用范围，尤其是要求高能量密度和高功率的电动汽车，航空航天等领域。因此，选择高耐热等级的且综合性能优异的材料是一项紧迫而且艰巨的任务。 含有芳香环的高分子材料通常具有优良的热稳定性和机械强度，可以很好地被用作锂离子电池隔膜材料。聚芳醚酮和聚醚砜树脂都是综合性能优异的特种工程塑料，具有优异的热稳定性，良好的机械强度，优良的化学稳定性和杰出的电绝缘性等特点。但是大多数聚芳醚酮具有耐溶剂性质，制备隔膜的方法受到了一定的限制，并且聚合物隔膜的表面是疏水的，不利于电解液的浸润与吸收。 本论文从分子设计、材料选择、制备方法以及表面改性等方面来解决和改善这些问题。利用带有双键官能团的烯丙基双酚A，含有酯基的酚酞和4,4’-二氟二苯甲酮三种原料为单体，通过亲核反应合成了含有不同交联点的三元共聚物。该聚合物具有良好的溶解性，热稳定性和机械性能，结合相分离法与倒相法制备多孔膜，再经过紫外交联，得到具有良好耐电解液能力的多孔膜材料。同时，该材料具有良好的电解液浸润性能。制备的多孔膜具有高孔隙率，并表现出优异的热稳定性，电解液润湿性和电化学性能。 利用静电纺丝法制备聚醚砜纳米纤维膜，在纳米纤维表面原位聚合多巴胺，，得到聚多巴胺包覆的聚醚砜纳米纤维膜。XPS和SEM的测试结果表明，聚多巴胺成功的包覆在聚醚砜纳米纤维膜表面。包覆聚多巴胺后，纳米纤维膜的孔隙率，厚度以及纤维的直径几乎没有变化。同时，包覆的聚多巴胺层提高了纳米纤维膜的亲水性，电解液吸收率和首次充放电性能，特别是热稳定性得到显著提高。 通过熔融共混的方法制备聚醚醚酮多孔膜。聚醚醚酮多孔膜具有良好的机械性能和优异的热稳定性。通过聚多巴胺改性，多孔膜的电解液润湿性得到明显提高。
【关键词】：聚芳醚 交联 热稳定性 改性 多孔隔膜
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM912
【目录】：

• 中文摘要4-6
• Abstract6-12
• 第一章 绪论12-32
• 引言12-13
• 1.1 锂离子电池的发展与应用13-14
• 1.2 锂离子电池的组成14-15
• 1.3 锂离子电池隔膜及其重要性15-18
• 1.4 隔膜与锂离子电池性能的关系18-19
• 1.5 锂离子电池隔膜的材料种类19-21
• 1.5.1 聚烯烃类隔膜19-20
• 1.5.2 无纺布隔膜20-21
• 1.5.3 复合材料隔膜21
• 1.6 制备锂离子电池隔膜的主要方法21-26
• 1.6.1 湿法过程22-23
• 1.6.2 干法过程23-24
• 1.6.3 相分离过程24-25
• 1.6.4 纺丝过程25-26
• 1.6.5 发泡过程26
• 1.7 隔膜的改性方法26-28
• 1.8 含有芳杂环聚合物的特性28-30
• 1.9 本论文设计思想30-32
• 第二章 实验试剂与测试方法32-37
• 2.1 实验主要原料和试剂32-33
• 2.2 测试仪器与方法33-37
• 第三章 可交联聚芳醚酮多孔隔膜的制备与性能研究37-52
• 引言37-38
• 第一节 可交联聚芳醚酮的制备与表征38-44
• 3.1.1 P-PAEK 聚合物的合成与结构表征38-41
• 3.1.2 P-PAEK 聚合物的溶解性，热性能和热机械性能测试41-44
• 第二节 c-P-PAEK与 c-P-PAEK/PVDF 多孔隔膜的制备与性能研究44-51
• 3.2.1 c-P-PAEK 与 c-P-PAEK/PVDF 多孔隔膜的制备44-45
• 3.2.2 c-P-PAEK 与 c-P-PAEK/PVDF 多孔隔膜的形貌表征45-46
• 3.2.3 c-P-PAEK 与 c-P-PAEK/PVDF 多孔隔膜的热尺寸稳定性测试46-47
• 3.2.4 c-P-PAEK 与 c-P-PAEK/PVDF 多孔隔膜孔隙率和电解液吸收率,电解液扩散和接触角测试47-48
• 3.2.5 c-P-PAEK/PVDF 电化学性能测试48-51
• 本章小结51-52
• 第四章 聚多巴胺改性聚醚砜纳米纤维膜的制备与性能研究52-63
• 引言52-54
• 第一节 聚多巴胺改性聚醚砜纤维多孔膜的制备54
• 4.1.1 聚醚砜纤维多孔膜的制备54
• 4.1.2 对聚醚砜纤维多孔膜进行聚多巴胺包覆改性54
• 第二节 聚多巴胺改性聚醚砜纤维多孔膜的表征与测试54-62
• 4.2.1 PES 与 PES-PDA 纳米纤维膜的 SEM 和 XPS 表征54-56
• 4.2.2 PES 与 PES-PDA 纳米纤维膜的热性能测试56-58
• 4.2.3 PES 与 PES-PDA 纳米纤维膜浸润性测试58-60
• 4.2.4 PES 与 PES-PDA 纳米纤维膜耐电解液测试60-61
• 4.2.5 PES 与 PES-PDA 纳米纤维膜电化学性能测试61-62
• 本章小结62-63
• 第五章 聚醚醚酮多孔膜的制备初探63-69
• 引言63
• 第一节 聚醚醚酮多孔膜的制备63-64
• 5.1.1 聚醚醚酮多孔膜的制备63-64
• 第二节 聚醚醚酮多孔膜的性能表征64-68
• 5.2.1 聚醚醚酮多孔膜的 SEM 表征64
• 5.2.2 聚醚醚酮多孔膜的热机械性能测试64-65
• 5.2.3 聚醚醚酮多孔膜的热尺寸稳定性测试65-67
• 5.2.4 聚醚醚酮多孔膜的电解液润湿性测试67-68
• 本章小结68-69
• 结论69-70
• 参考文献70-78
• 作者简历78-79
• 致谢79

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前4条

1 雷晶晶;李秋红;陈立宝;张金顶;王太宏;;动力锂离子电池管理系统的研究进展[J];电源技术;2010年11期

2 庞金辉;张海博;姜振华;;聚芳醚酮树脂的分子设计与合成及性能[J];高分子学报;2013年06期

3 吴忠文;特种工程塑料聚芳醚酮[J];化工新型材料;1999年11期

4 唐旭东;王艳;贺征华;;特种工程塑料聚芳醚酮的研究进展[J];天津科技大学学报;2006年01期

本文编号：662339